Druk 3D w architekturze, to nie tylko tworzenie modeli budynków. Dowiedz się, jak można wykorzystać drukowanie 3D w projektach architektonicznych.
Budująca ewolucja
Architektura, to dziedzina która stale rozwija się. Od zarania dziejów, różnorodność wpływów zaowocowała niezwykłymi strukturami. Elementy takie jak klimat, kultura i wyobraźnia od wieków wpływają na architekturę.
Technologia również odgrywa znaczącą role, w tym od stosunkowo niedawna, także druk 3D. Wraz ze wzrostem popularności technologii druku 3D na przestrzeni dziesięcioleci, zwiększa się ilość branż, w których drukarki 3D są wykorzystywane do produkcji i prototypowania różnych produktów.
W kontekście architektury, druk 3D daje możliwość ulepszania i przyspieszania projektów. Architekci wykorzystują drukarki 3D, między innymi do tworzenia modeli.
W tym artykule przyjrzymy się różnym technologiom drukowania 3D, używanym w projektach architektonicznych, a także przykładom rzeczywistych osiągnięć architektonicznych wydrukowanych w 3D!
Metody i techniki
Istnieje wiele technik drukowania 3D, które zmieniają architekturę, w tym artykule zebraliśmy najważniejsze z nich. Zajmiemy się modelowaniem architektonicznym, drukowaniem dekoracji wnętrz w 3D, modelami topograficznymi i krajobrazowymi, niestandardowymi budynkami, drukowaniem 3D z metalu i drukowaniem 3D w specjalnych środowiskach.
Wszystkie te metody są unikalne i każda z nich wykorzystuje własne narzędzia, takie jak oprogramowanie do projektowania architektonicznego, a także inny potrzebny sprzęt oraz materiały.
Modele architektoniczne
Modele odgrywają niezwykle istotną rolę w architekturze. Służą do przedstawiania pomysłów architektonicznych, są pomocne w eliminowaniu wad projektowych. Modele są także wykorzystywane w projektach marketingowych i komunikacyjnych.
Jak to działa?
Proces tworzenia modelu architektonicznego wydrukowanego w 3D, rozpoczyna się od projektowania. W przypadku modeli 3D, odbywa się to zwykle za pomocą oprogramowania CAD (Computer-aided design) lub BIM (Building information modeling).
Programy CAD służą architektom jako narzędzie do wizualizacji i konstrukcji podczas projektowania modeli. BIM jest podobny do CAD, ale jest bardziej dostosowany do architektów i inżynierów, umożliwiając im łatwe określanie obiektów, takich jak ściany i drzwi w modelu.
Istnieje wiele programów przeznaczonych do modelowania architektonicznego. Niektóre z najlepszych i najczęściej używanych opcji obejmują SketchUp, FreeCAD Arch i Dynamo.
Po zaprojektowaniu modelu 3D za pomocą oprogramowania, plik należy zapisać i przekonwertować na plik STL, wówczas model jest gotowy do przygotowania go do druku 3D.
Korzyści
Druk 3D pozwolił architektom zaoszczędzić czas i pieniądze podczas tworzenia bardziej złożonych modeli. Nie ma nic, 2D czy cyfrowego, co mogłoby zastąpić wizualizację fizycznego modelu przed jego zbudowaniem.
Ten proces jest opłacalny, ponieważ znacząco skraca czas potrzebny na stworzenie modelu. W porównaniu z ręcznym budowaniem modelu, modele tworzone na drukarce 3D, mogą przyspieszyć proces projektowania dzięki szybkiemu prototypowaniu: szybkiej produkcji części i modeli za pomocą CAD.
Przykłady zastosowań
Przykład modeli architektonicznych, można zobaczyć na stronie WhiteClouds, gdzie można podziwiać model kampusu Uniwersytetu Brighama Younga wydrukowany na drukarce 3D.
Innym przykładem modelu architektonicznego, wydrukowanego na drukarce 3D, jest słynna La Sagrada Família w Hiszpanii. Od 2001 roku druk 3D jest używany do przyspieszenia napraw i konserwacji projektu bazyliki Antoniego Gaudiego.
Dekoracje wnętrz
Pierwszą rzeczą, jaką ludzie wyobrażają sobie, kiedy słyszą słowo „architektura”, jest prawdopodobnie wygląd zewnętrzny i struktura budynku. Jednak wystrój wnętrz również należy do tej kategorii. Jeśli chodzi o dekoracje wnętrz, druk 3D zdecydowanie sprawdza się w tworzeniu skomplikowanych geometrii – niezwykle trudnych lub nawet niemożliwych do wytworzenia tradycyjnymi metodami produkcji.
Jak to działa?
Proces drukowania dekoracji wnętrz na drukarce 3D jest dość prosty. Korzystając z oprogramowania CAD, projektant może stworzyć cyfrowy model 3D. Następnie, po dostosowaniu go, model jest drukowany w 3D.
W zależności od tego, do czego ma służyć drukowany model, w dziedzinie projektowania wnętrz wykorzystuje się szereg technologii.
Korzyści
Druk 3D ma kilka zalet w tej dziedzinie. Dzięki dostępowi do cyfrowego projektowania i produkcji, technologia druku 3D zapewnia projektantom i klientom dokładny i szybki proces. W porównaniu z tradycyjnymi metodami, drukarka 3D wytworzyć obiekt w kilka godzin, co przy tradycyjnych metodach produkcji, mogłoby zająć nawet kilka dni.
Druk 3D daje również możliwość dostosowania wszystkiego do naszych własnych upodobań. Przed wydrukowaniem produkty mogą być korygowane i modyfikowane przez klientów. Klienci mogą łatwo zażądać zmian, takich jak kolor lub rozmiar.
Projektanci mogą również dostosowywać szereg produktów, od mebli po elementy wystroju wnętrz, dodając do nich nowe i złożone kształty. Dzięki takiej elastyczności w procesie projektowania, drzwi są szeroko otwarte na szereg unikalnych kreacji!
Przykłady zastosowań
Firma Emerging stworzyła i wydrukowała wiele dekoracji wnętrz, takich jak struktury siedzeń, posągi i inne. Możesz zobaczyć te imponujące prace w ich portfolio.
Innym przykładem firmy, wykorzystującej druk 3D do tworzenia dekoracji wnętrz, jest firma Building Bytes. Building Bytes specjalizuje się w ceramicznych dekoracjach wnętrz drukowanych w 3D, mających ciekawe struktury.
Ta metoda może również prowadzić do zrównoważonej produkcji przy użyciu materiałów bioplastycznych.
Modele topograficzne i krajobrazowe
Modele topograficzne i krajobrazowe służą kilku celom w architekturze. Modele te mogą przedstawiać unikalne cechy krajobrazu, a także wzniesienia i kształty.
Jak to działa?
Wraz z rozwojem technologii skanowanie 3D i drukowanie 3D, stały się nową metodą tworzenia modeli topograficznych i krajobrazowych. Technologie te między innymi obniżają koszty i przyspieszają procesy projektowania.
Skanery 3D mogą wykonywać niezwykle szczegółowe obrazy otoczenia. Technologia skanowania 3D często wykorzystuje lasery, które mają zdolność uchwycenia szczegółów całego obszaru, a nie jednego punktu na raz.
Po wykonaniu kilku skanów, przechwycone obrazy są konwertowane na precyzyjne modele 3D. Na tym etapie prac, drukarki 3D mają już informacje potrzebne do odtworzenia wszystkich danych przechwyconych przez skaner 3D.
Korzyści
Wydrukowane modele 3D, służą jako dobry wstępny element roboczy przed rozpoczęciem budowy. Na przykład, badając modele krajobrazu i modele topograficzne, architekci mogą określić, gdzie będzie padał deszcz lub które obszary najlepiej nadają się do określonych celów.
Przykłady zastosowań
Ta technika druku 3D jest wykorzystywana zarówno do celów prywatnych, jak i komercyjnych. Jedną z firm, wykorzystujących komercyjnie drukowane w 3D mapy topograficzne jest firma WhiteClouds. WhiteClouds 3D drukuje mapy topograficzne dla uniwersytetów, muzeów, parków narodowych i nie tylko.
Popularne są również bardziej indywidualne i niekomercyjne przykłady drukowanych modeli topograficznych 3D. Microscape, to firma, która wykonuje niekomercyjne modele topograficzne przy użyciu drukarek 3D, dodatkowym przykładem jest ta mapa topograficzna Stanów Zjednoczonych .
Niestandardowe budowle
Innym sposobem wykorzystania druku 3D w architekturze, są niestandardowe budowle. Rozumiemy przez to drukowanie 3D rzeczywistych budynków, zamiast korzystania z tradycyjnej pracy ręcznej przy tworzeniu konstrukcji.
Jak to działa?
Zamiast drukowania z metali lub tworzyw sztucznych, metoda ta często wykorzystuje materiały bardziej odpowiednie do budowy, takie jak cement i piasek. Dodatkowo, ze względu na swoje rozmiary, budynki są drukowane przy użyciu maszyn wielkoformatowych, często z ramionami robotów i nie przypominają one raczej konwencjonalnych drukarek 3D.
Przed wydrukowaniem obiektu za pomocą drukarki 3D, architekci używają BIM, oprogramowania do kreślenia i projektowania, aby stworzyć model przyszłego budynku. Po wykonaniu projektu i rozpoczęciu drukowania, oprogramowanie służy do zarządzania tworzeniem konstrukcji, oczywiście pod nadzorem człowieka.
Korzyści
Zautomatyzowane tworzenie budynków za pomocą drukarek 3D, znacząco skraca czas produkcji. Drukarki, które są do tego wykorzystywane, są szybkie i dokładne, co eliminuje bezpośredni błąd ludzki. Potencjalnie duże budynki można wydrukować już w ciągu 24 godzin, ponieważ maszyny są szybkie i nie męczą się!
To w konsekwencji eliminuje potrzebę wykonywania większości pracy ludzkiej, a maszyny wymagają jedynie monitorowania. Ponadto drukowanie 3D pozwala zaoszczędzić dużo pieniędzy. W tej chwili koszt wyprodukowania drukarki 3D, która może drukować budynki jest znaczny i nie są to urządzenia ogólnodostępne. Jednak koszty materiałów wykorzystywanych przy drukowaniu w 3D budynku, są minimalne w porównaniu z budową tradycyjnej konstrukcji.
Przykłady zastosowań
Niedawno druk 3D był używany do drukowania pełnowymiarowych domów i innych budynków! Istnieje wiele niesamowitych przykładów, w tym pierwszy na świecie budynek mieszkalny wydrukowany w 3D w Chinach. Codziennie drukowano jedno piętro, a druk 3D był w stanie skrócić czas i koszty produkcji o ponad 50%.
Druk 3D z metalu
Druk 3D z metalu pozwala na tworzenie wytrzymałych części. Te wydruki można stosować w placówkach architektonicznych, w celu zwiększenia integralności strukturalnej budynku lub konstrukcji.
Jak to działa?
Do celów architektonicznych używane są większe, specjalistyczne, drukarki 3D do druku z metalu, przypominające ramiona robotów. Części i konstrukcje muszą być projektowane przy użyciu oprogramowania CAD.
W zależności od tego, co jest wymagane lub jaki jest produkt końcowy, do druku 3D można użyć kilku metali. Na przykład stopy tytanu są używane do produkcji części silników, podczas gdy stopy aluminium są powszechnie stosowane w obszarach przemysłowych. Inne materiały metalowe obejmują stal, miedź i stopy na bazie kobaltu.
Korzyści
Druk 3D z metalu, jak już wspomnieliśmy, pozwala na produkcję wytrzymałych części, które można wykorzystać w projektach architektonicznych. Druk 3D umożliwia architektom tworzenie bardziej złożonych konstrukcji i daje im swobodę projektowania infrastruktury na dużą skalę.
Przykłady zastosowań
W druku na potrzeby zastosowań architektonicznych, może być wykorzystywane ramię robota, które drukuje warstwę po warstwie ze stali nierdzewnej. Ta technologia jest jednak wciąż w powijakach.
Niektóre elementy, które architekci testują na drukarkach 3D, to konstrukcje stalowe budynków. Do tej pory stalowy most wydrukowany w 3D został pomyślnie zainstalowany w Amsterdamie. Został wydrukowany przy użyciu drukarki 3D MX3D.
Środowiska specjalne
Wraz z rozwojem druku 3D, ludzie eksperymentują z wydrukami architektonicznymi w obszarach, które wcześniej wydawały się niemożliwe. Druk 3D dociera do odległych obszarów, stref wojennych, a nawet kosmosu! Ponieważ drukarki 3D można szybko skonfigurować w dowolnym miejscu i nie zawsze wymagają prądu, mogą działać w wyjątkowych miejscach.
Jak to działa?
Druk 3D rozszerza się na coraz bardziej odległe obszary, drukarki muszą więc zostać odpowiednio dostosowane przy użyciu trwałego sprzętu i materiałów. Aby drukować 3D w nietypowych, trudnodostępnych środowiskach, należy również opracować bardziej zaawansowane oprogramowanie do drukowania zdalnego.
Technikę tę można wykorzystać na przykład do drukowania różnych części, gdy żadne nie są łatwo dostępne w pobliżu.
Korzyści
Ta metoda może znacznie zmniejszyć ryzyko dla ludzi, a także pracę wykonywaną przez ludzi. Dzięki dostępnym materiałom do druku 3D, jesteśmy w stanie wykonać wiele różnych obiektów. Może to być pomocne, jeśli ktoś nie jest pewien, jakich dokładnie części będzie potrzebować w odległej lokalizacji. Druk 3D pozwoliłby na wykonanie dowolnych części, o ile będzie można stworzyć lub znaleźć model 3D tego, co należy wydrukować.
Przykłady zastosowań
W niektórych odległych rejonach świata, dostęp do wymaganych zasobów nie zawsze jest możliwy. Na przykład organizacje takie jak Doctors without Borders działają na odległych obszarach, gdzie dostępność zasobów jest zawodna. Obecnie dzięki drukarkom 3D, lekarze zamiast czekać tygodniami na dostawę materiałów mogą szybko wydrukować to, czego potrzebują i mieć to w ciągu kilku godzin.
Niedawno żołnierze i pracownicy służby zdrowia rozmieszczeni na pustyniach testowali tę metodę. Drukarka 3D była w stanie z powodzeniem wydrukować kilka produktów, takich jak skalpele, hemostaty, bandaże, a nawet części kości! Kolejnym projektem jest instalacja drukarki 3D na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Oba te projekty zostały wykonane we współpracy z Fab AE (Fabrication in Austere Environments).
Druk 3D do celów architektonicznych jest wciąż przedmiotem eksperymentów. Do tej pory podjęto kilka projektów. Na przykład armia amerykańska eksperymentowała z drukowaniem betonowych baraków. Ponieważ praca fizyczna nie jest możliwa w niektórych środowiskach ze względu na niebezpieczne warunki, drukarka 3D zmniejszyłaby ryzyko dla ludzi.
Jakiego oprogramowania należy używać?
Jak wspomnieliśmy już wcześniej w artykule, stworzenie projektu jest pierwszym i głównym krokiem na drodze do drukowania 3D. Wybór odpowiedniego programu jest ważny, ponieważ pomaga w szczegółowej wizualizacji projektu. Jeśli jesteś zainteresowany włączeniem drukowania 3D do swojego projektu architektonicznego, zapoznaj się poniższymi programami.
SketchUp (dla początkujących)
SketchUp zapewnia swoim użytkownikom prostą platformę do tworzenia szybkich, ale szczegółowych modeli. Dodatkowo obsługuje wtyczki BIM, które pomogą Ci spełnić wszystkie Twoje potrzeby!
- Cena: od ~ 120 $ / rok (także bezpłatna wersja i inne płatne plany profesjonalne)
- Użytkowanie: łatwe
- Systemy operacyjne: Windows, MacOS
- Unikalne cechy: Przyjazny dla początkujących, wiele rozszerzeń
Archicad (średniozaawansowany)
Ten program jest niedrogą opcją skierowaną do architektów. To zoptymalizowane oprogramowanie BIM, które pozwala użytkownikom współpracować z innymi osobami w celu wspólnej pracy nad projektem.
- Cena: Skontaktuj się z działem sprzedaży
- Użytkowanie: dość łatwe
- Systemy operacyjne: Windows, MacOS
- Unikalne cechy: zorientowany na BIM, regularnie aktualizowany
Revit (dla zaawansowanych)
Revit to kolejne oprogramowanie, które jest przeznaczone do tworzenia projektów architektury i obsługuje BIM. Jest również używany przez projektantów wnętrz do mapowania sposobu dekoracji pokoju lub budynku.
- Cena: ~ 2400 USD / rok
- Użytkowanie: łatwe do nauczenia się podstaw, trudne do nauczenia się zaawansowanych funkcji
- System operacyjny: Windows
- Unikalne cechy: Różnorodność funkcji, idealna do aranżacji wnętrz
V-Ray (dla profesjonalistów)
V-ray umożliwia swoim użytkownikom tworzenie bardzo szczegółowych i dokładnych modeli swoich projektów. Ma kilka zasobów i rozszerzeń, chociaż w porównaniu do innych programów, V-ray wymaga wyższego poziomu wiedzy.
- Cena: Zależy od oprogramowania BIM
- Użytkowanie: trudniejsze, w porównaniu z poprzednimi programami
- Systemy operacyjne: Windows, MacOS
- Unikalne cechy: Kilka regulowanych ustawień, zintegrowane biblioteki.
Źródło głównego zdjęcia: KMCA
Licencja: tekst „How to Use 3D Printing in Architectural Projects” All3DP Pro jest objęty licencją na podstawie międzynarodowej licencji Creative Commons Attribution 4.0.
Źródło: All3DP
